L'insegnamento affronta le tematiche caratteristiche dello studio e della progettazione dei robot, con particolare riferimento alle applicazioni industriali.

Lo studente dovrà acquisire conoscenza e comprensione delle metodologie di base per l'analisi cinematica e dinamica dei robot nonché per la pianificazione dei movimenti; verranno inoltre acquisite conoscenze riguardo alle tipologie e alle caratteristiche funzionali dei principali componenti meccanici tipicamente utilizzati in applicazioni robotiche. Sulla base di tali conoscenze lo studente dovrà maturare la capacità di sviluppare e progettare sistemi robotici industriali.

Sono richieste conoscenze di base nell'ambito della meccanica teorica e applicata e della componentistica meccanica. Sono richieste inoltre conoscenze dei fondamenti di calcolo differenziale e integrale, della geometria nel piano e nello spazio e dell'algebra matriciale.

Introduzione alla robotica industriale. Tipologie di robot industriali: architetture ed esempi di applicazioni. (3 ore)

Posa di un corpo rigido e definizione di sistemi di riferimento associati a corpi rigidi. Matrici di posizione ed orientazione; matrici in forma omogenea. Coordinate angolari. Trasformazioni cinematiche omogenee. (12 ore)

Convenzione di Denavit-Hartenberg per lo studio cinematico di strutture robotiche. Cinematica diretta di strutture tipiche di manipolazione. Spazio dei giunti, spazio operativo, ridondanza cinematica di strutture robotiche. Problema cinematico inverso di strutture tipiche di manipolazione. (16 ore)

Cinematica differenziale. Matrice Jacobiana di strutture tipiche di manipolazione. Singolarità cinematiche ed analisi di ridondanza di strutture robotiche. Algoritmi per l’inversione cinematica. (10 ore)

Dualità cineto-statica. Ellissoidi di manipolabilità. (2 ore)

Analisi dell’equilibrio dinamico di strutture robotiche. Algoritmi di dinamica diretta e inversa. (14 ore)

Pianificazione di traiettorie nello spazio dei giunti e nello spazio operativo. (10 ore)

Analisi funzionale di strutture di polsi per robot. Organi di trasmissione del moto per applicazioni robotiche. Riduttori di velocità per applicazioni robotiche. Dispositivi di bilanciamento di bracci per robot. (12 ore)

Oltre alle lezioni in aula, sono previste attività di esercitazione in aula e presso laboratorio informatico per l’applicazione e l’approfondimento degli argomenti trattati a lezione. Si richiede la stesura di una relazione dell’attività svolta presso il laboratorio informatico da parte di ciascun singolo studente da presentare in sede di esame.

Dispense del materiale didattico utilizzato durante le lezioni ed esercitazioni verranno fornite attraverso la pagina del corso sul Portale della Didattica.

Testi di complemento:
B. Siciliano, L. Schiavicco, L. Villani, G. Oriolo, "Robotica – modellistica, pianificazione e controllo", McGraw-Hill, 2008.
L. Tsai, "Robot Analysis", John Wiley & Sons, Inc.
G. Legnani, "Robotica industriale", Casa Editrice Ambrosiana.
Reza N. Jazar, "Theory of applied robotics", Springer.

L’esame si svolge in forma orale su tutti gli argomenti trattati a lezione ed esercitazione in aula. Durante l’esame si prevede anche la presentazione e discussione dell’attività svolta presso il laboratorio informatico.
Sarà valutata la conoscenza dei singoli argomenti del corso e la capacità di sintesi degli stessi, nonché la capacità di collegamento tra i vari argomenti trattati. Nella formulazione del voto d’esame sarà anche considerata la chiarezza di esposizione.